两足步行椅机器人机械参数与步行稳定性关系研究

研究了两足步行椅机器人的机械参数对步行ZMP（Zero Moment Point）稳定裕度的影响．采用稳定的参数化步态，在步态不变的情况下，改变机器人各连杆的质量、转动惯量和质心位置，分析其对ZMP稳定裕度的影响．通过仿真实验得到以下结论：合理选择大腿、小腿和上身的机械参数可以显著增加步行ZMP稳定裕度，从而降低伺服控制的难度．     

双足机器人预观控制的ZMP补偿步行模式研究

针对双足机器人的稳定行走,提出了一种预观控制的零力距点（ZMP）补偿步行模式在线生成方法。利用实际ZMP与目标ZMP之间的未来误差信息,基于预观控制计算机器人行走过程中质心的补偿量,事先调整质心轨迹来改变步态。最终使实际ZMP更好地跟踪目标值。12自由度的双足机器人动力学仿真验证了所提出方法的有效性,而且机器人能在一定程度不平整地面上实现稳定行走。     

仿人机器人稳定步行控制研究

介绍了仿人机器人运动控制研究现状,通过对步行机器人稳定性判据ZMP分析,提出通过控制踝关节转动角度来调节ZMP的位置,以保证机器人行走的稳定性．根据模糊控制理论,设计出步行机器人踝关节二维模糊控制系统及模糊控制器．仿真结果表明步行机器人能够通过控制踝侧向关节的相对转动调节ZMP点的位置,实现机器人的稳定步行．     

基于零力矩点预观控制的在线步态规划

提出了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制的仿人机器人在线步态规划方法。参照仿人机器人的ZMP表达式,将水平角动量引入机器人的桌子-小车模型表达式,对其进行了扩展;基于扩展桌子-小车模型并结合预观控制理论,在线完成机器人的步态规划。为了提高机器人步行的稳定性,将髋关节轨迹的优化问题转化为质心轨迹的调节问题,构造预观控制器对机器人的质心轨迹进行校正,实现机器人的步态优化。仿真结果表明了所用方法的有效性。     

基于零力矩点预观控制的在线步态规划

提出了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制的仿人机器人在线步态规划方法。参照仿人机器人的ZMP表达式,将水平角动量引入机器人的桌子-小车模型表达式,对其进行了扩展;基于扩展桌子-小车模型并结合预观控制理论,在线完成机器人的步态规划。为了提高机器人步行的稳定性,将髋关节轨迹的优化问题转化为质心轨迹的调节问题,构造预观控制器对机器人的质心轨迹进行校正,实现机器人的步态优化。仿真结果表明了所用方法的有效性。     

基于测力平台阵列的双足步行机器人实际零力矩点检测

提出一种多维力测力平台阵列系统,通过机器人行走过程中脚部与平台接触力的测量,并根据. vukobratovic关于ZMP的定义,得到机器人行走过程的ZMP实际轨迹信息,为双足步行机器人的稳态行走步态规划提 供参考依据.更进一步,该系统也可以用作双足步行机器人行走过程步态规划的实验平台.     

仿人机器人动态步行控制综述

综述了仿人机器人动态步行的研究历史和研究现状。归纳了动态步行的特点,分析了动态步行稳定性判定方法,介绍了基于ZMP的姿态稳定判据和基于庞加莱映射（Poincaré Map）的步态稳定判据。总结了仿人机器人学习适应复杂地面环境步行的方法,概述了动态步行控制实现的典型解决方案,指出了动态步行控制中待解决的问题,并探讨了未来的发展方向。     

基于体感的仿人机器人步态学习与控制

针对现有理想化步态动力学模型规划方法复杂、人为指定参数过多、计算量大的问题,提出一种基于体感数据学习人体步态的仿人机器人步态生成方法。首先,用体感设备收集人体骨骼信息,基于最小二乘拟合方法建立人体关节局部坐标系;其次,搭建人体与机器人映射的运动学模型,根据两者间主要关节映射关系,生成机器人关节转角轨迹,实现机器人对人类行走姿态的学习;然后,基于零力矩点(ZMP)稳定性原则,对机器人脚踝关节转角采用梯度下降算法进行优化控制;最后,在步态稳定性分析上,提出使用安全系数来评价机器人行走稳定程度的方法。实验结果表明,步行过程中安全系数保持在0~0.85,期望为0.4825,ZMP接近于稳定区域中心,机器人实现了仿人姿态的稳定行走,证明了该方法的有效性。     

基于ZMP误差校正的仿人机器人步行控制

步行环境不理想、外力扰动等因素导致仿人机器人步行时ZMP出现误差,从而影响机器人的步行稳定性.由于机器人的各关节角度都对ZMP有影响,若只校正支撑腿的踝关节或髋关节等单个关节角度,则难以达到理想的步行控制效果,因此,本文综合考虑各关节角度对ZMP的影响,先通过模糊控制器基于ZMP误差给出机器人的质心位置增量,再利用二次规划方法和质心的雅可比矩阵求解出满足该质心位置增量的各关节角度校正量.仿真实验表明,本文方法较好地跟踪了期望ZMP,提高了步行稳定裕度,使仿人机器人实现了稳定的步行.     

移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略

双足机器人的步态控制策略是保证双足稳定行走的重要条件之一.结合人在行走时ZMP平稳移动的特性,建立了一种移动可伸缩三维倒立摆模型;在约束平面内分析ZMP与COG的运动关系,将ZMP和COG分别定为快变因子和慢变因子,提出了移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略;最后通过Matlab/ADAMS进行了步态控制仿真研究.仿真结果表明双足机器人可以稳定地行走,验证了该步态控制策略的可行性.     

基于六维力／力矩传感器的拟人机器人实际ZMP检测

ZMP（Zero Moment Point)作为双足双行机器人动态稳定行走的判据,已应用于世界上银多著名的步行机器人系统。目前国外步行机器人大多采用力／力矩传感器进行ZMP的实际检测计算,但采用六维力／力矩传感器的却不多,而且其安装位置也各不同,国内机器人还都还都处于离线步态规划阶段,只进行理论了ZMP的计算,并没有进行实时检测。本文根据清华大学985重点项目“拟人机器人技术及其系统研究”的研究要求,确定基于六维力／力矩传感系统的实际ZMP检测方案,确这了传感器安装的最佳位置,推导了单脚支撑期,双脚支撑期的实际ZMP计算公式提出了基于ZMP理论的姿态调整方法,以期在实际应用中进行在线步态规划。     

A novel compound biped locomotion algorithm for humanoid robots to realize biped walking

In this paper, a compound biped locomotion algorithm for a humanoid robot under development is presented. This paper is organized in two main parts. In the first part, it mainly focuses on the structural design for the humanoid. In the second part, the compound biped locomotion algorithm is presented based on the reference motion and reference Zero Moment Point （ZMP）. This novel algorithm includes calculation of the upper body motion and trajectory of the Center of Gravity （COG） of the robot. First, disturbances from the environment are eliminated by the compensational movement of the upper body; then based on the error between a reference ZMP and the real ZMP as well as the relation between ZMP and CoG, the CoG error is calculated, thus leading to the CoG trajectory. Then, the motion of the robot converges to its reference motion, generating stable biped walking. Because the calculation of upper body motion and trajectory of CoG both depend on the reference motion, they can work in parallel, thus providing double insurances against the robot＇s collapse. Finally, the algorithm is validated by different kinds of simulation experiments.     

双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究

为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹方程。同时给出了在统一坐标系中的多步规划质心轨迹方程。在RoboCup 3D仿真平台实现了采用自然ZMP轨迹的双足机器人类人稳定步行,实验和竞赛结果都验证了该方法的有效性。     

SVR Versus Neural-Fuzzy Network Controllers for the Sagittal Balance of a Biped Robot

The real-time balance control of an eight-link biped robot using a zero moment point (ZMP) dynamic model is difficult due to the processing time of the corresponding equations. To overcome this limitation, two alternative intelligent computing control techniques were compared: one based on support vector regression (SVR) and another based on a first-order Takagi–Sugeno–Kang (TSK)-type neural-fuzzy (NF) network. Both methods use the ZMP error and its variation as inputs and the output is the correction of the robot's torso necessary for its sagittal balance. The SVR and the NF were trained based on simulation data and their performance was verified with a real biped robot. Two performance indexes are proposed to evaluate and compare the online performance of the two control methods. The ZMP is calculated by reading four force sensors placed under each robot's foot. The gait implemented in this biped is similar to a human gait that was acquired and adapted to the robot's size. Some experiments are presented and the results show that the implemented gait combined either with the SVR controller or with the TSK NF network controller can be used to control this biped robot. The SVR and the NF controllers exhibit similar stability, but the SVR controller runs about 50 times faster.      

复杂环境下仿人机器人有效支撑区域的感知

当主流的仿人机器人都采ZMP(zero moment point)理论作为稳定行走的判据.实时ZMP点落在支撑足与地面接触形成的多边形支撑区域内是仿人机器人实现稳定步行的必要条件.因此实现仿人机器人在复杂现实环境中稳定行走,必须要求机器人足部感知系统提供足够丰富的地面环境信息,从而可以准确获取支撑区域的形状以实现基于实时ZMP点的稳定控制.文中将柔性阵列力传感器应用于仿人机器人足部感知系统,提出了获取仿人机器人支撑区域形状的方法,而且通过实验验证了其可行性.     

基于GCIPM行走的步行机器人路径规划

介绍了利用重力补偿倒立摆方式（GCIPM）提高步行机器人行走的稳定性。该方法与以往利用线性倒立摆方式（IPM）控制的机器人相似,但是考虑了期望轨迹上机器人的迈步腿力。当基于IPM的路径规划应用到实际的步行机器人上,依据ZMP控制理论从预固定点移动时,被忽略的迈步腿力的变化在实际中使稳定性得不到保证。由于GCIPM考虑了迈步腿力的影响,仿真表明,应用GCIPM的步行机器人,稳定性得到优化提高。     

基于简化三维线性倒立摆模型的模糊控制射门算法

针对双足机器人传统射门算法存在仅适用于固定射门角度和射门姿态的问题,提出了一种基于简化三维线性倒立摆模型的模糊控制射门算法,用于实现多角度、多姿态的射门。首先利用简化三维线性倒立摆模型规划出零力矩点(ZMP)轨迹和质心轨迹;其次在双腿支撑相对双足机器人进行射门角度和姿态的调整,同时利用贝塞尔曲线规划出游动腿的轨迹;最后利用模糊控制算法精确地规划出双足机器人的射门轨迹。实验部分利用NAO机器人仿真平台验证了本文提出射门算法的性能,并与其它射门算法进行了比较。最后将实物NAO机器人用于全过程与多角度的实际射门实验,验证了本文提出射门的算法可行性与准确性。     

小型双足步行机器人的机构设计及其运动仿真

小型双足步行机器人具有多关节、多驱动器、多自由度的特点,本文以人体全身17个主要关节及其运动特性为研究对象,利用三维设计软件CATIA设计出小型双足步行机器人的全身机构,根据ZMP理论,以正常人行走的“X”形交叉动作为原则,规划出其各关节转角,在ADAMS下对其虚拟样机进行运动仿真,确保实现机器人的稳定步行和做舞蹈动作。